Small Methods:纳米调控提升侧流免疫层析检测灵敏度

侧流免疫层析检测(lateral flow immunoassay,LFIA)是一种操作简单且低成本的即时测试(point-of-care testing)方法,已用于妊娠检测并具有广阔的市场前景,但其检测灵敏度相对较低。将量子点(QD)富集到纳米材料如介孔二氧化硅纳米颗粒中可放大信号,提高LFIA的检测灵敏度。调变介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径不仅影响单颗粒对QD的负载量,同时对其侧流行为以及其在检测线上的结合能力均有较大影响,并最终决定LFIA的检测性能。目前,研究介孔二氧化硅纳米颗粒尺寸对负载QD及LIFA灵敏度影响的报道较为罕见。此外,介孔二氧化硅纳米颗粒负载QD后形成的标记材料需具有良好的水分散性,然而目前报道的策略较为复杂,且对QD造成较为严重的荧光淬灭。

针对上述问题,昆士兰大学余承忠教授和雷畅博士(Advance Queensland Research Fellow)通过探究介孔二氧化硅纳米颗粒尺寸对性能的影响,结合巯基-金属配位组装策略和配体交换策略,制备出高质量、水分散的新型标记材料,将LFIA检测C反应蛋白(CRP)的灵敏度提高了一个数量级。其中,巯基-金属配位组装策略可将含金属的QD快速富集到巯基修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒中,提高QD负载量。而利用配体交换策略,含羧基的亲水性配体3-巯基丙酸配体 (3-MPA) 可取代QD表面的疏水性配体来实现相转移,从而减少QD的表面缺陷及荧光淬灭。该策略不仅比常见的二氧化硅包封策略简单,亦可将QD原始荧光的保存率提高至81.8%。

作者制备了四种尺寸的介孔二氧化硅纳米颗粒(138、251、368和471 nm),发现随着粒径增大,单颗粒对QD的负载量逐渐增加(见图1),但标记材料在检测线被捕获的颗粒量逐渐降低(4.56 × 107、7.84 × 106、 4.35 × 106和1.26 × 106个)。作者认为前者与较大介孔纳米颗粒具有更大的表面积有关,而后者是由于标记材料的起始用量(避免假阳性)和被捕获概率(扩散率主导)与尺寸成负相关性。这两种不同的影响导致368 nm的标记材料同时具有较高的QD装载量和被捕获量,因而具有最佳的性能,最终实现了高灵敏度的CRP检测(10 pg/mL,见图2)。上述研究结果为设计新型标记材料,提高LFIA的检测灵敏度提供了新思路。

图1. (a)介孔二氧化硅纳米颗粒对QD的负载能力及所制备标记材料在检测线被捕获能力随粒径变化的示意图,(b)新型标记材料用于CRP检测的LFIA试纸条设计图。

图2.四种不同尺寸标记材料的LFIA试纸条随CRP浓度变化的荧光照片(a-d:138, 251, 368, 471 nm)。

相关工作发表于Small Methods,文章的第一作者为昆士兰大学博士生高芳和华东师范大学博士后刘洋。